深孔注漿技術(shù)在北京地鐵富水砂卵石地層中的應(yīng)用

孟永升

北京地鐵在第四紀(jì)軟弱地層中采用淺埋暗挖法比較成熟，但含水地層在隧道施工中常出現(xiàn)突泥、涌水等現(xiàn)象，給施工造成非常大的安全隱患。在地表不具備降水的條件下，二重管超前深孔注漿作為淺埋暗挖法施工輔助措施——在確保隧道圍巖穩(wěn)定、控制地表下沉量發(fā)揮著越來(lái)越重要作用。本文結(jié)合北京地鐵某項(xiàng)目工程實(shí)例，從二重管深孔注漿成孔工藝、注漿材料選擇、漿液配比、注漿孔布置、注漿壓力及注漿量控制進(jìn)行詳細(xì)分析,為后期施工提供經(jīng)驗(yàn)。

隨著城市軌道交通迅猛發(fā)展，面對(duì)各種的不同地質(zhì)條件和城市復(fù)雜多變的周邊環(huán)境，地鐵隧道利用淺埋暗挖法進(jìn)行施工就需根據(jù)不同地質(zhì)條件采用相應(yīng)輔助措施來(lái)確保施工安全。此文結(jié)合北京地鐵某項(xiàng)目工程實(shí)例對(duì)二重管深孔注漿工藝進(jìn)行深入分析,總結(jié)在富水砂卵石層二重管深孔注漿方式。

一、工程概況

北京地鐵14號(hào)線右安門(mén)外站～北京南站區(qū)間位于北京市豐臺(tái)區(qū)南二環(huán)外，自右安門(mén)外站沿涼水河北岸向東，穿越開(kāi)陽(yáng)里西巷、開(kāi)陽(yáng)里東巷、開(kāi)陽(yáng)路與北京南站預(yù)留工程對(duì)接。區(qū)間全長(zhǎng)629m，為區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)段面及長(zhǎng)100m的渡線段，區(qū)間隧道埋深12.0～15.2m，采用礦山法施工。隧道開(kāi)挖穿越地層為粉質(zhì)粘土層、細(xì)砂層、卵石層，其中拱頂為粉質(zhì)粘土層，拱頂以上粉質(zhì)粘土層厚度0～50cm，粉質(zhì)粘土層之上為砂卵石層。區(qū)間存在兩層地下水，分別為水位埋深9.1～12.3m的上層滯水，水位埋深為20.8～22.6m潛水。

區(qū)間隧道沿玉林南路敷設(shè)，正上方穿越右安門(mén)外大隊(duì)平房區(qū)、瑪鋼廠職工瓦房宿舍等，北側(cè)分布有開(kāi)陽(yáng)里三區(qū)21#、22#樓、開(kāi)陽(yáng)里六區(qū)10#、11#、12#、13#樓，下穿開(kāi)陽(yáng)路及北京市市政處泵站管理所辦公樓。區(qū)間隧道毗鄰季節(jié)性河流——涼水河，為官?gòu)d水庫(kù)泄洪河流，區(qū)間隧道與涼水河豎向位置關(guān)系見(jiàn)圖1。區(qū)間周邊管線眾多，主要有Φ1800雨水管線、Φ1750污水管線、Φ1200上水管線、Φ500中壓天然氣管等。

粉質(zhì)粘土層滲透系數(shù)非常小，受涼水河側(cè)滲及周邊帶水管線滲漏影響，地表徑流補(bǔ)給水無(wú)法下滲，長(zhǎng)期以來(lái)形成豐富上層滯水，施工中出水量較大，水量達(dá)到100m3/h，出水情況見(jiàn)圖2、圖3。拱頂粉質(zhì)粘土層較薄，滯水下滲，拱頂暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，很有可能會(huì)導(dǎo)致小塌方，從而引發(fā)安全隱患，此工程中穿越的地表處有很多90年代建成的房屋，基本也都屬于危房，同時(shí)施工不具備降水條件。因此隧道下穿過(guò)程中對(duì)地表沉降控制要求嚴(yán)格，施工風(fēng)險(xiǎn)非常大，為此提出采用二重管深孔注漿進(jìn)行超前預(yù)加固地層以確保施工安全及減少地表沉降量。

二、深孔注漿方案

1.深孔注漿施工參數(shù)

（1）注漿孔布置

選取隧道上斷面進(jìn)行深孔注漿，共布孔100～150眼，注漿加固范圍為隧道上斷面180°，厚度為初支結(jié)構(gòu)外2.5m，每一循環(huán)注漿長(zhǎng)度為12.0m，開(kāi)挖進(jìn)尺10.0m，留止?jié){盤(pán)2.0m。

圖1 區(qū)間隧道與涼水河剖面圖

圖2 潛孔鉆成孔出水

圖3 螺旋鉆成孔出水

（2）注漿材料及注漿壓力

根據(jù)地層情況，富水的卵石圓礫層、砂層注漿材料采用水泥～水玻璃雙液漿；粉土層采用單液水泥漿。注漿壓力控制在0.5～1.0MPa。

（3）注漿量計(jì)算

根據(jù)注漿量計(jì)算公式進(jìn)行理論計(jì)算：Q=πR2hnαβ（R為漿液擴(kuò)散半徑，粉土取0.5m、卵石取1.0m； h為注漿段長(zhǎng)度，取12m；n為地層孔隙率，據(jù)詳勘粉土為0.375，卵石層根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.384；α為空隙填充系數(shù)，取0.8；β為漿液損耗系數(shù)取1.1～1.2）。

（4）掌子面封閉要求

每個(gè)循環(huán)進(jìn)行掌子面封堵，掌子面止?jié){墻采用C25掛網(wǎng)噴射砼，砼厚度200mm，φ6.5@150×150mm鋼筋網(wǎng)。

（5）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和注漿效果要求

當(dāng)注漿孔達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，并穩(wěn)定5分鐘，或注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%，單孔注漿結(jié)束。

2.二重管深孔注漿工藝

（1）二重管注漿原理

二重管雙液注漿是一種采用內(nèi)外套管型式鉆桿，攜帶鉆頭進(jìn)行鉆孔，待鉆桿鉆孔到位后利用注漿泵分別將兩種漿液壓入外管和內(nèi)管，漿液在二重管的端頭混合器內(nèi)混合，通過(guò)濾網(wǎng)在水平方向?qū)嵭懈邏簢娚洌?/p>

使土顆粒和卵石間的水受到擠壓，在其空隙中充滿漿液，從而使土層顆粒的空隙被填滿，并達(dá)到固結(jié)狀態(tài)，改善了土層工作狀況。對(duì)于粘土及砂卵石地層，尤其是在地下水流動(dòng)狀態(tài)下易坍塌的地層，注入漿液能夠使其形成自穩(wěn)性的整體地層，起到加固、止水作用。二重管注漿可以根據(jù)地質(zhì)條件選擇合適的漿液，同時(shí)注入方式也可以選擇充填、滲透、劈裂、擠密等注入方式，因此，二重管注漿能根據(jù)各種復(fù)雜的地層，更換漿液類(lèi)型，首先復(fù)合式注漿，從而加固土體。

（2）二重管注漿優(yōu)點(diǎn)

在長(zhǎng)距離深孔注漿中，二重管注漿具有明顯的優(yōu)勢(shì)。既可以在卵石層中直接穿過(guò)，同時(shí)出現(xiàn)塌孔時(shí)也可以直接進(jìn)行注漿加固。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，注漿可采用分段后退式施工工藝，保證達(dá)到注漿效果。

（3）分段前進(jìn)式注漿施工

①分段前進(jìn)式注漿原理

在掌子面施做止?jié){墻，止?jié){墻上采用鉆機(jī)開(kāi)孔并安裝孔口管，在孔口管內(nèi)分段注漿，這種方法稱為分段前進(jìn)式注漿。分段長(zhǎng)度根據(jù)地質(zhì)情況和注漿效果進(jìn)行控制，一般循環(huán)進(jìn)尺控制在3～5m。成孔后，先安裝法蘭盤(pán)，然后用注漿管注漿，漿液凝固后，拆除法蘭盤(pán)，再鉆孔，如此循環(huán)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

②分段前進(jìn)式注漿特點(diǎn)

此方法由外向內(nèi)循環(huán)反復(fù)跟進(jìn)式向前鉆進(jìn)注漿，這樣可以保證鉆孔都在加固的土體內(nèi)進(jìn)行，可以有效地阻止塌孔的發(fā)生，同時(shí)還能控制孔內(nèi)的涌水。如果鉆機(jī)鉆進(jìn)能力好，注漿長(zhǎng)度課長(zhǎng)達(dá)12m，保證了施工效率。

三、結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)工程實(shí)例富水砂卵石地層條件下進(jìn)行二重管深孔注漿，對(duì)二重管水平注漿及分段前進(jìn)式注漿施工工藝進(jìn)行分析，選擇合適的鉆機(jī)和材料，嚴(yán)控施工過(guò)程，此施工工藝可以有效地解決塌孔和成孔難的問(wèn)題。施工過(guò)程中，根據(jù)卵石地層孔隙率特點(diǎn)，控制注漿量和注漿壓力，可以達(dá)到較好的注漿效果。同時(shí)，深孔注漿止水及加固地層，使得隧道安全可靠進(jìn)行施工，達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。